一种基于快速傅里叶变换的多载波离波测向方法

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种基于快速傅里叶变换的多载波离波测向方法。

背景技术

无线电信号离波测向在采用多个天线协同发射无线电信号的智能天线系统、采用多入多出电磁波传播信道模型的通信和探测系统中具有重要意义，获取的离波方向信息不仅可用于优化无线电信号发射效率、改善无线电信号接收质量，还可用于无线电导航定位。

无线电信号离波测向技术与需要多个无线电信号接收天线的达波测向技术不同，只需要一个无线电信号接收天线即可实现离波测向。以两个发射天线为例子，在采用两个发射天线同时发射无线电信号时，另一个接收天线接收的信号是这两个发射天线同时发射的无线电信号的混叠。由于离波信息包含在接收信号中混叠在一起的两个发射天线发射的信号之间的相位差中，因此，在获取离波方向信息之前，需要先对接收信号中混叠在一起的两个发射信号进行信号分离处理，再由分离后的两个发射信号确定二者之间的相位差，最后由相位差确定无线电信号离开这两个发射天线时的方向，即离波方向。

只利用一个接收天线接收的信号对这个接收信号中混叠在一起的两个发射信号进行信号分离处理时，所要解决的问题是欠定的，需要引入与混叠在一起的两个发射信号相关的先验信息才能实现正确的信号分离。为此，在设计离波测向系统时，不仅要对发射天线发射的信号施加特定的波形约束，还要使不同发射天线发射的信号之间满足特定的协同关系。引入这种波形约束和协同关系，就能满足对一个接收天线的接收信号中混叠在一起的两个发射信号进行信号分离的问题求解条件。

发明内容

本发明所要解决的问题就是在采用单个接收天线接收两个发射天线同步发射的多载波信号的情况下，如何利用单个接收天线的接收信号、发射天线同步发射的多载波信号的频率和相位信息，通过构建两个载波复幅度序列及其快速傅里叶变换处理，测定离波方向。

本发明的技术方案为：

一种基于快速傅里叶变换的多载波离波测向方法，定义采用一个天线接收两个发射天线同时发射的多载波信号，记两个无线电发射天线之间的距离以发射信号的波长为单位时为d；发射信号的载波个数为N，第n个载波信号的频率为f

S1、由载波信号的频率、相位和数模转化速率，设置第一个发射天线发射的信号，数模转化器按照数模转化速率f

其中，k＝0,1,2,…,K-1；由载波信号的频率和数模转化速率，第二个发射天线发射的信号，数模转化器按照数模转化速率f

其中，k＝0,1,2,…,K-1；

S2、设置一个接收天线接收无线电信号，模数转化器按照模数转化速率f

S3、由数字接收信号、模数转化速率和第n个载波信号的频率、相位，构建载波复幅度序列1为：

和载波复幅度序列2为：

其中，n＝1,2,…,N；

S4、利用快速傅里叶变换，分别确定载波复幅度序列1的傅里叶变换为

载波复幅度序列2的傅里叶变换为

其中，n＝1,2,…,N；

S5、由搜索的第m个离波方向θ

其中，m＝1,2,…,M；

S6、确定搜索的离波方向谱值序列{g(θ

本发明的有益效果是：使用本发明提出的方法，在已知发射的多载波信号的频率、相位的情况下，仅需利用单个接收天线接收两个发射天线同步发射的多载波信号，就能实现离波测向，不仅可减小无线电信号接收端的体积、重量、功耗和系统维护成本，还可通过快速傅里叶变换处理降低接收端离波测向的复杂度，从而提高离波测向功能模块的便携性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的实用性进行分析。

实施例

在本例中，记两个无线电发射天线之间的距离为半波长，即d＝0.5，发射信号的载波个数为N＝121，第n个载波的频率为f

当实际的离波方向在25度到26度之间均匀分布时，在一个接收天线接收信号的载波功率与噪声功率谱密度之比为24dB的情况下，进行2000次独立实验。统计结果表明，利用本发明方法，测定的离波方向的标准差为0.0964度。

可见，本发明提供了一种基于快速傅里叶变换的多载波离波测向方法，在已知发射的多载波信号的频率、相位的情况下，采用单个接收天线接收两个发射天线同步发射的多载波信号，利用发射天线发射信号的载波频率和相位信息、单个接收天线的接收信号，达到了高精度快速测定离波方向的目的。